CN209797480U

CN209797480U - 小型机动气象车制氢装置

Info

Publication number: CN209797480U
Application number: CN201920576669.3U
Authority: CN
Inventors: 侯维佳; 刘家晟; 陈茂军; 吴飞; 宫和斌; 魏建波; 陈伟; 刘婷; 胡霞
Original assignee: NANJING DAQIAO MACHINERY CO Ltd
Current assignee: NANJING DAQIAO MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-12-17
Anticipated expiration: 2029-04-25

Abstract

本实用新型公开了一种小型机动气象车制氢装置，包括制氢单元和运载平台，制氢单元置于运载平台上；制氢单元包括制氢设备、储气罐和原料储存装置，原料储存装置连接制氢设备，制氢设备连接储气装置，储气装置通过充气接口连接气象车上的探空气球。优点：本小型机动气象车制氢装置，具有现场制氢，氢气充灌、储气、运输等功能，其制氢过程具有安全性高，制氢能力强，纯度高，现场充灌节能环保等特点，并可连续快速制取氢气，满足气象车连续气象探测的用氢要求。

Description

小型机动气象车制氢装置

技术领域

本实用新型涉及一种小型机动气象车制氢装置。

背景技术

常规高空气象地面探测大多采用二次测风体制，由地面探测雷达和探空仪组成，探空气球携带探空仪升空可测量从地面至高空30千米方圆200千米的温度、湿度、压力风速风向等气象参数。

目前国内气象探测用制氢方法有两种，电解水制氢和化学制氢。电解制氢广泛应用于固定站制氢，其原理是水被直流电电解生成氢气和氧气，该方法具有操作简单清洁环保，缺点是功耗大，制氢慢，低温工作受限，产生1m³氢气，需5kW功率，在野外受发电功率限制，电解水制氢不能满足气象探测连续用氢需求，化学制氢是目前野外气象探测保障主要采用的一种方式。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出现场制氢、氢气充灌、储气和运输的一种小型机动气象车制氢装置。

本实用新型所采取的技术方案是：一种小型机动气象车制氢装置，包括制氢单元和运载平台，制氢单元置于运载平台上；

运载平台为东风猛士EQ2063E汽车，在东风猛士EQ2063E汽车的底盘后装载面上用于安装制氢单元的设置平台框架，制氢单元置于平台框架上；在平台框架下方设置有给制氢单元供电的柴油发电机；

制氢单元包括制氢设备、储气罐和原料储存装置，原料储存装置连接制氢设备，制氢设备连接储气装置，储气装置通过充气接口连接气象车上的探空气球；

原料储存装置包括预热原料储罐和裂解原料储罐；

制氢设备包括预热原料泵、裂解原料泵、空气泵、裂解装置、PSA提纯装置和汽水分离器，预热原料储罐通过预热原料泵将预热原料送入裂解装置，裂解原料储罐通过裂解原料泵将裂解原料送入裂解装置，空气通过空气泵送入裂解装置，裂解装置的出口连接PSA提纯装置，PSA提纯装置的出口通过输出管道连接汽水分离器，在输出管道的两侧设置多个对输出管道内氢气进行散热的散热风机，汽水分离器的气体输出通过管道接入储气罐，汽水分离器的液体出口连接液体回收箱。

本实用新型技术方案中，选用裂解物质甲醇在高温250℃下裂解氢气，其具有现场制氢，氢气充灌、储气、运输等功能，其制氢过程具有安全性高，制氢能力强不小于4m³/h，纯度高不小于99.8％，自动化程度高，现场充灌，节能环保等特点，可根据用户使用要求，连续快速制取氢气，满足气象车探测的用氢要求。

本实用新型技术方案中，制氢单元工作过程主要为三部分，原料准备、原料蒸汽裂解与PSA提纯、裂解原料及空气。原料经输送及加压后进入裂解装置进行反应，裂解原料CH1OH气化后产生73～74％的高温裂解气，PSA提纯装置将73～74％的裂解气纯化至99.8％的优质氢气输送至储气装置。

对本实用新型技术方案的优选，平台框架下方空间分别在东风猛士EQ2063E汽车的左侧和右侧隔断成主箱和副箱。主箱作为发电机舱、进线盒及充气箱，副箱可作为附件箱、电缆盘箱或备件箱，备件箱、附件箱按备件、附件的具体尺寸设置装放架和抽屉。

对本实用新型技术方案的优选，在平台框架上表面设置防滑铝板，在防滑铝板上铺设防静电排。

对本实用新型技术方案的优选，充气接口设置在汽车的底盘上，储气罐的出口通过管道连接充气接口。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型小型机动气象车制氢装置，具有现场制氢，氢气充灌、储气、运输等功能，其制氢过程具有安全性高，制氢能力强，纯度高，现场充灌节能环保等特点，并可连续快速制取氢气，满足气象车连续气象探测的用氢要求。

附图说明

图1是小型机动气象车制氢装置的示意图。

图2是东风猛士EQ2063E汽车的示意图。

图3是原料储存装置的示意图。

图4是本实施例制氢设备的示意图。

图5是实施例小型机动气象车制氢装置的组成框图表。

图6是冷凝器的外观图。

图7是实施例小型机动气象车制氢装置的软件配置项组成框图。

图8是图7中的控制软件组成框图。

图9是图8中液位检测模块的流程框图。

图10是图8中温度检测模块的流程框图。

图11是图8中浓度检测模块的流程框图。

图12是图8中储气量检测模块的流程框图。

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图12和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实施例中小型机动气象车制氢装置，包括制氢单元和运载平台，制氢单元置于运载平台1上。

如图2所示，制氢单元的运载平台选用东风猛士EQ2063E汽车，东风猛士EQ2063E高机动越野(4X4，单排驾驶室)。该系列车型为非承载式车身及长头驾驶室结构，单排驾驶室车型采用双开门、乘员2人。备胎置于车尾，全轮驱动型式。性能参数如表1所示。

表1为东风猛士EQ2063E汽车的性能参数

在东风猛士EQ2063E汽车的底盘后装载面上用于安装制氢单元的设置平台框架，制氢单元置于平台框架上。

东风猛士EQ2063E汽车的底盘改装设计在不改变原车性能的基础上进行设计：依东风猛士EQ2063E汽车的后装载面为基础设计设备安装底架，安装底架充分利用原车空间，最大化空间利用率；用槽钢构成平台框架，框架上在设备安装点处设计加强结构；平台框架下方空间分别在东风猛士EQ2063E汽车的左侧和右侧隔断成主箱和副箱。主箱作为发电机舱、进线盒及充气箱，副箱可作为附件箱、电缆盘箱或备件箱，备件箱、附件箱按备件、附件的具体尺寸设置装放架和抽屉。在框架上表面安装防滑铝板；在防滑铝板铺装防静电排。

改装后整车尺寸(长×宽×高)不大于5.60米×2.35米×2.65米，改装后的整车效果图如图1所示。

在平台框架下方设置有给制氢单元供电的柴油发电机9。

如图1所示，制氢单元包括制氢设备、储气罐2和原料储存装置，原料储存装置连接制氢设备，制氢设备连接储气装置，储气装置通过充气接口连接气象车上的探空气球，充气接口设置在汽车的底盘上，储气罐的出口通过管道连接充气接口。

储气罐2为现有技术中本技术领域内的常规产品，储气罐2罐体上设置有压力表、安全阀和截止阀，这是常规设计，本实施例不作详细说明

如图3所示，原料储存装置包括预热原料储罐3和裂解原料储罐4。本实施例中预热原料储罐和裂解原料储罐集成为一个罐体，在罐体内通过隔板分隔成两个独立的腔室，分别用来储存预热原料和裂解原料。预热原料储罐3和裂解原料储罐4上均设置有压力表、液位计、球阀和呼吸阀，这是常规设计，本实施例不作详细说明。

如图4所示，制氢设备包括预热原料泵、裂解原料泵、空气泵、裂解装置5、PSA提纯装置6和汽水分离器，

预热原料储罐通过管道与预热原料泵连接，预热原料储罐通过预热原料泵将预热原料送入裂解装置，裂解原料储罐通过管道与裂解原料泵连接，裂解原料储罐通过裂解原料泵将裂解原料送入裂解装置，空气通过空气泵送入裂解装置。原料分别有预热原料、裂解原料及空气，原料经输送及加压后进入裂解装置进行反应。预热原料与空气在裂解装置的采用铜、锌、铝氧化物组成的催化剂作用下发生放热反应，为裂解原料提供原料汽化的热量；裂解原料汽化后，在裂解装置中产生纯度为73～74％的高温裂解气。

裂解装置5的出口连接PSA提纯装置6，PSA提纯装置将73～74％的裂解气纯化至99.8％以上的氢气。

PSA提纯装置6的出口通过输出管道7连接汽水分离器，在输出管道7的两侧设置多个对输出管道内氢气进行散热的散热风机8，汽水分离器的气体输出通过管道接入储气罐2，汽水分离器的液体出口连接液体回收箱。

如图4所示，本实施例制氢设备内的预热原料泵、裂解原料泵、空气泵、裂解装置5、PSA提纯装置6和汽水分离器集成在一个箱体内，此箱体固定在东风猛士EQ2063E汽车的底盘后装载面的平台框架上。

本实施例中选用裂解物质甲醇在高温250℃下裂解氢气，其具有现场制氢，氢气充灌、储气、运输等功能，其制氢过程具有安全性高，制氢能力强不小于4m³/h，纯度高不小于99.8％，自动化程度高，现场充灌，节能环保等特点，可根据用户使用要求，连续快速制取氢气，满足气象车探测的用氢要求。

本实施例小型机动气象车制氢装置中，制氢单元工作过程主要为三部分，原料准备、原料蒸汽裂解与PSA提纯、裂解原料及空气。原料经输送及加压后进入裂解装置进行反应。预热原料与空气在裂解装置的采用铜、锌、铝氧化物组成的催化剂作用下发生放热反应，为裂解原料提供原料汽化的热量；裂解原料汽化后，在裂解装置中产生纯度为73～74％的高温裂解气；高温裂解气经过换热室、散热装置、气水分离器降温干燥后，输送至PSA提纯装置；PSA提纯装置将73～74％的裂解气纯化至99.8％以上的氢气后，输送至储气装置。

裂解原料的化学反应方程式为：

主反应：CH₃OH＝CO+2H₂+90.7KJ/mol

CO+H₂O＝CO₂+H₂-41.2KJ/mol

总反应：CH₃OH+H₂O＝CO₂+3H₂+49.5 KJ/mol

裂解气的主要组成及含量如表2所示。

表2裂解气主要组成及含量

气体名称	含量
		H<sub>2</sub>	73～74％
CO<sub>2</sub>	23～24.5％
		CO	≤1％
CH<sub>3</sub>OH	≤0.03％
		H<sub>2</sub>O	饱和

本实施例小型机动气象车制氢装置中，在制氢单元工作过程中有热氢冷却这一工序，具体为：

制氢过程刚产生的氢气温度较高，为了使热氢冷却，高温裂解气首先经过裂解装置中的换热室回收部分热量，再经过管道中设置的一个一个风冷的散热风机冷却。冷凝器采用CU62H铜管及散热片焊接而成。CU62H具有良好的热传导性能，配合四个散热风扇，可实现良好的散热效果。如图6所示。

本实施例中的制氢单元内的所有部件都设置制氢单元机柜内，制氢单元机柜起到通风散热的作用，制氢单元机柜下部开放，只由加固衡量支撑，不做封板，配合机柜顶部散热装置形成由下而上的空气通道，保证机柜内部的空气流通，提高制氢设备安全性。

如图5所示，本实施例小型机动气象车制氢装置还包括电控单元，电控单元内共有两个软件配置项，分别为控制软件与监控软件，两个软件均借用已定型高空气象雷达探测系统制氢拖车软件。

软件配置项名称、对应单体设备、状态具体情况如表3所示。

表3制氢装置软件配置项说明

序号	名称	对应单体设备	状态
				1	控制软件(嵌入式)	PLC控制器	定型
2	监控软件	显控终端	定型

如图7所示，电控单元采用西门子公司PLC可编程逻辑控制器S7—200CN控制，控制器软件由控制软件和监控软件组成，其中控制软件对各组部件传输至PLC控制器的信号、数据进行判断和分析，得出各组部件的运行状态，并根据运行状态对制氢装置工作过程进行控制。监控软件由PLC控制器将各组部件的运行状态通过串口服务器传输至显控终端，并在软件界面上显示。软件界面设置开机、待机和关机按钮，可对制氢装置的工作状态进行控制，常规电路在此省略。

软件工作流程和原理：

具体为：控制软件负责系统运行状态的监控管理，共分四个模块，分别是浓度检测模块、温度检测模块、液位检测模块和储气量检测模块。程序初始化后，读取串口传来的数据，依次区分是否为浓度、温度、液位和储气量数据，并根据不同的数据类别调用不同的功能模块进行数据分析处理，并将处理结果写回串口。

如图9、10、11和12所示，对原料的液位进行检测，如果液位的高度小于设定值时，制氢设备停止工作。对裂解装置的温度进行检测，如果温度达到设定值，裂解原料泵开始工作，向裂解装置输送原料。对制氢设备周围空气中的氢气含量进行检测，如氢气含量超过设定值，设备关机、断电，等待人工干预后再转开机状态。对储气罐的氢气压力进行检测，如压力达到设定值，设备由开机状态转为待机或关机状态。

凡本实用新型说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种小型机动气象车制氢装置，其特征在于：包括制氢单元和运载平台，制氢单元置于运载平台上；

原料储存装置包括预热原料储罐和裂解原料储罐，

2.根据权利要求1所述的小型机动气象车制氢装置，其特征在于，平台框架下方空间分别在东风猛士EQ2063E汽车的左侧和右侧隔断成主箱和副箱。

3.根据权利要求1所述的小型机动气象车制氢装置，其特征在于，在平台框架上表面设置防滑铝板，在防滑铝板上铺设防静电排。

4.根据权利要求1所述的小型机动气象车制氢装置，其特征在于，充气接口设置在汽车的底盘上，储气罐的出口通过管道连接充气接口。